CN1136412C - 减少烟道气中NOx含量的方法 - Google Patents

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Abstract

一种操作用于可燃烧物质的燃烧炉(1)的方法，其中可燃烧物质如为污水淤泥，垃圾或煤，它在炉(1)里的燃烧区域(2)中燃烧，而产生的烟道气(12)经由位于燃烧区域(2)上方的自由空间(4)排出，其特征在于，在自由空间(4)里使烟道气(12)处于湍动运动状态，而没有导致增加燃烧区域(2)里的紊流。本发明提供的优点是，可以利用相当简单的方法进一步减少烟道气里NOx含量。在一个大规模工业用脏水淤泥燃烧工厂里，达到大约100毫克/标准立方米的值。

Description

减少烟道气中NOx含量的方法
本发明涉及一种操作可燃烧物质例如脏水淤泥，垃圾或煤等的燃烧炉的方法，其中可燃烧物质在炉里的燃烧区域燃烧，所得的烟道气经由位于燃烧区域上方的自由空间排出。
本专利说明书中所说的自由空间是一明显减少燃烧空间。其用来分离烟道气及灰尘，而且用来二级后燃烧CO和有机碳，而且也称为缓冲空间。
开始所述的那种方法例如公开于DE3703568 A1。该说明书中公开了一种用来操作流化床炉的方法，其中例如脏水淤泥在位于流化床炉的燃烧区域里的流化床内燃烧。在该方法中，使用一种作为流化空气的、由燃烧气和烟气形成的混合物，并由此流化空气产生流化床，其中为了控制温度及与燃烧空气的量掺和进烟气。经由该方法，烟道气里的NOx浓度被减少。然而，NOx的残余物残留在烟道气里，因此就环境保护而言、尤其是对避免空气污染而言，必需进一步地减少NOx溢出。
因此本发明的目的是进一步减少烟道气里的NOx含量。
现在已经令人惊讶地发现，在操作脏水淤泥燃烧工厂时，如果烟道气在燃烧区域上方的自由空间里湍动而没有显著增加燃烧区域里的紊流，NOx含量可能进一步地减少而没有不利地改变工厂的燃烧状况。更加令人惊讶的是，因为在燃烧区域上方的自由空间里的烟道气通常必须保持为层流，使得从燃烧区域一起排出的粗灰尘粒子或煤烟粒子尽可能少。
本发明目的因此借助一开始所述类型的方法实现，该方法包括，使烟道气在自由空间里湍动，而没有在燃烧区域里显著增加紊流。
本发明因此涉及一种操作可燃烧物质例如脏水淤泥，垃圾或煤等的燃烧炉的方法，其中可燃烧物质在炉里的燃烧区域燃烧，所得的烟道气经由位于燃烧区域上方的自由空间排出，而实质上没有增加燃烧区域里的紊流。
具体地，本发明涉及一种操作用于污水淤泥的燃烧炉的方法，其中在第一个燃烧阶段中，污水淤泥通过降低O2含量以减少NOx的产生量而在炉里的燃烧区域中燃烧，产生的烟道气经由位于燃烧区域上方的自由空间排出且在第二个燃烧阶段中进行后燃烧，其特征在于，在自由空间里通过注入惰性气体使烟道气以湍动状态运动，而不导致显著增加燃烧区域里的紊流。
燃烧本身可以根据DE3703568以单一阶段或二个阶段进行。可以使用的燃烧炉是尤其燃烧区域里具有流化床的流化床炉，多级炉或锻烧炉。该方法有利地适用于燃烧脏水淤泥，因为由于其蛋白质含量而在燃烧中预期产生相对大量的NOx。借助注入气体、优选是惰性气体、尤其好的是借助由注入蒸气或氮气有利地产生烟道气的湍动。然而，也适合注入液体或固体。有利地注入燃烧区域上方的自由空间内，使燃烧区域或流化床里的紊流没有显著增加，最好没有增加。该方法特别地适合用于燃烧区域面积大于5、有利大于40、尤其有利大于100、更特别有利大于200平方米的燃烧炉。
本发明进一步涉及具有燃烧区域和在燃烧区域上方的自由空间以及一个接于自由空间后面的后燃烧区的燃烧炉，其特征在于，燃烧炉中具有使烟道气在自由空间里湍动、而实质上没有增加燃烧区域里紊流的注入装置，该装置通入自由空间。这可以是在燃烧区域上方的自由空间具有喷嘴及/或挡板的流化床炉。适当的挡板例如为导板。然而，用来产生蒸气而安装的管子也是适当的。
本发明的方法本质上提供下列各项优点：
利用相当简单的方式来减少NOx。在结合二个阶段燃烧时，不必要如SNCR-或SCR-处理(选择性的(非)催化还原反应)的次级措施。燃烧形成的CO可以当作还原剂，故似乎适宜的是，不要减少流化床里CO的形成。在SNCR-或-SCR-方法里，还原剂要另外加入。
避免了SNCR-或SCR-处理的缺点：尤其是NH3漏出，工厂里的腐蚀和烟道气的再加热(SCR-处理)。
通过节省还原剂降低了操作成本。
进一步减少了烟道气里的NOx和有机C载入量。
改良了粉灰的燃烧。
通过改良流化床炉的控制情况，增加了燃烧条件的常数。
相对于高压蒸气雾化(例如注入热油)和相对于一些SNCR-方法-其中注入蒸气几乎不能使介质雾化分散于烟道气中，本发明的方法里，注入纯蒸气以增加烟道气湍动，并也借由该方法改良烟道气的横向混合。
本发明的方法也适合于热量输出低达2000、也低达1000甚至低达500千焦/(公斤燃料)的燃烧炉。
按本发明措施的作用假定可说明如下。
存在于脏水淤泥里的氮在流化床里基本上转化成NH3、N2以及小比例地转化成燃料NOx。NO2中占总氮的比例大约是5％。借助在脏水淤泥燃烧期间将O2补给减到最少，几乎完全地抑制燃料NO的形成，然而却促进CO形成。
在流化床上方的自由空间里，脏水淤泥燃烧所形成的NOx在灰的催化作用下、在C，CO和NH3存在下假定还原成N2。NOx的还原反应可能此后由下列方法改良：
增加烟道气里还原剂的浓度(便如增加CO浓度)，
增加滞留时间，
改良湍动和反应速率，
假定将蒸气注入流化床上方的自由空间内，由于改良湍动和横向混合的结果，使烟道气里的浓度梯度和温度梯度迅速下降。这显著地改良将NOx还原成N2的过程。没有注入蒸气的话，在燃烧区域上方的自由空间里为层流情况，使得NOx还原反应进行更不完全。如果注入流化床而且借助该方法或别的其他方法，则流化床里的湍动和燃烧增加，流化床里将较少形成加强自由空间里NOx还原反应的CO。
根据本发明的方法和本发明的流化床炉参照具体实施例及图1更详细地说明如下。但它们不以任何方式限制本发明。
在设计有二个阶段、具有在燃烧区域2中安装的流化床11的流化床炉1里，燃烧工业脏水淤泥3。包含流化床11的燃烧区域2设置在压缩气体底座9上方，经由未显示的空气分配器装置，将燃烧空气7经该压缩气体底座9导入流化床中。在这里，在第一燃烧阶段里，脏水淤泥3在流化床11中以燃烧空气7(一次空气)里O2含量大约1体积％的条件燃烧，以减少燃料NOx生成。所得的烟道气12通入流化床上方的自由空间4内，经由自由空间4排出，并且通到第二燃烧阶段。在该第二燃烧阶段，后反应区域6里，在还原性燃烧条件下形成的CO借助进料二次空气8(后反应区域里的O2含量＞6体积％)进行后燃烧，生成CO2。按本发明，蒸气10经由一个或多个喷嘴5直接地注入自由空间4内。将蒸气注入不会影响流化床11的湍动或只有稍微的影响。
脏水淤泥3最好从上端的一个高度进料，该高度保证脏水淤泥3在降落过程中、在流化床11内由热烟道气4进一步干燥。
下述的操作实验证明有利的作用。
在根据图1所示的工业规模的设备中，脏水淤泥在下列情况下燃烧：脏水淤泥进料速率：        大约10吨/小时(40％干燥物质)，烟道气流率：              大约45000标准立方米/小时(潮湿)，
                      大约35000标准立方米/小时(干燥)，流化床的温度：            750-850℃自由空间里的温度：        900-1000℃后反应区域里的温度：      860-900℃流化气体流率(一次空气)：  大约20000标准立方米/小时自由空间里的NOx浓度：   大约3000毫克/标准立方米CO浓度：                 大约0.5体积％烟道气里的水含量：        大约30体积％压缩气体底座的面积：      16.6平方米流化床炉的直径：          5.65米流化床炉的高度：          10.6米
在一个操作实验中，大约500标准立方米/小时的过热蒸气(绝对压力4.2巴)注入在流化床上方的自由空间内，并测量及记录NOx浓度。结果显示在图2的图表中，其中注入蒸气之前、期间及之后的NOx浓度随时间(分钟)作图。在注入蒸气不久之后，NOx浓度从大约220跌到100毫克/立方米，在注射完毕之后再次增加到最初值。O2浓度也绘示在图2的图表里；实验中其浓度大约是0.5体积％。

Claims (10)

1.一种操作用于污水淤泥的燃烧炉(1)的方法，其中在第一个燃烧阶段中，污水淤泥(3)通过降低O2含量以减少NOx的产生量而在炉(1)里的燃烧区域(2)中燃烧，产生的烟道气(12)经由位于燃烧区域(2)上方的自由空间(4)排出且在第二个燃烧阶段中进行后燃烧，其特征在于，在自由空间(4)里通过注入惰性气体使烟道气(12)以湍动状态运动，而不导致显著增加燃烧区域(2)里的紊流。
2.按权利要求1的方法，其特征在于，烟道气(12)的湍动是通过将一种气体(10)或液体或固体注入在燃烧区域(2)上方的自由空间(4)中而产生。
3.按权利要求1或2的方法，其特征在于，将惰性气体注入。
4.按权利要求2或3的方法，其特征在于，将蒸气或氮气或惰性气体注入。
5.按权利要1-4中一项的方法，其特征在于，燃烧炉(1)为一种流化床炉，它在其燃烧区域(2)中装有流化床(11)。
6.一种燃烧炉，尤其是用来实施如权利要求1-5中一项的方法的燃烧炉，其具有燃烧区域(2)、在燃烧区域(2)上方的自由空间(4)以及一个接于自由空间(4)后面的后燃烧区(6)，其特征在于，燃烧炉(1)具有通入自由空间(4)的注入装置(5)，通过它使在自由空间(4)里的烟道气(12)处于湍动运动状态，而不导致显著增加燃烧区域(2)里的紊流。
7.按权利要求6的燃烧炉，其特征在于，燃烧炉(1)为一种流化床炉，在其燃烧区域(2)里有流化床(11)，而且其中装置(5)为用于气体或液体的喷嘴，它装设在燃烧区域上方且直接进入自由空间。
8.按权利要求6或7的燃烧炉，其特征在于，燃烧炉(1)在燃烧区域(2)之下具有一个压缩气体底座(9)，且在压缩气体底座(9)之下具有一个空气分配器装置。
9.按权利要求6-8之一项的燃烧炉，其特征在于，在燃烧区域(2)上方的自由空间(4)里安装有挡板。
10.按权利要求9的燃烧炉，其中挡板为导板。
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